应用多元统计研究蘑菇湖水体DOM紫外光谱特征

为了探究蘑菇湖水体中DOM(溶解性有机物)的组成和结构特征、识别来源及表征腐殖化程度,采用UV-Vis(紫外-可见吸收光谱)和紫外吸收光谱指数、多元统计分析方法对蘑菇湖水体DOM进行表征.结果表明:(1)蘑菇湖水体DOM腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减,DOM主要以脂肪链和酯类等非极性官能团及相对分子质量较大的外源胡敏酸为主.(2)皮尔逊相关性分析发现,A_(250 nm)/A_(365 nm)、A_(240 nm)/A_(420 nm)与A_3/A_2(600～700 nm与460～480 nm波段下的积分面积之比)之间呈显著正相关,A_(465 nm)/A_(665 nm)、S_R[光谱斜率比,S_g(275～295 nm)/S_g(350～400 nm)]、A_2/A_1(460～480 nm与260～280 nm波段下的积分面积之比)与A_3/A_1(600～700 nm与260～280 nm波段下的积分面积之比)之间也均呈显著正相关,而二者之间呈负相关,表明蘑菇湖水体中DOM的腐殖化水平与有机质的相对分子质量、芳香度以及苯环碳骨架的聚合程度等密切相关.(3)CCA(canonical correspond analysis,典范对应分析)结果发现,蘑菇湖水体采样点与DOM的芳香度、腐殖化程度存在一定的相关性,与皮尔逊相关性分析结果相似.研究显示,UV-Vis、紫外吸收光谱指数、多元统计分析能够在一定程度上表征蘑菇湖水体DOM的分子量、芳香度以及腐殖化程度.

基于三维荧光光谱结合平行因子法的蘑菇湖上覆水溶解性有机质特征分析

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)广泛存在于水体、土壤和沉积物中,在自然系统有机物向无机物的转换过程中起重要作用。DOM作为载体可影响污染物迁移转化,作为碳源和营养元素又为微生物提供能量。为探讨湖泊水体中DOM组成、来源和腐殖化程度,以蘑菇湖上覆水为例,采用三维荧光光谱(3DEEM)结合平行因子法(PARAFAC)分析蘑菇湖上覆水DOM组分,利用荧光指数(FI)、自生源指标(BIX)和腐殖化指数(HIX)等光谱指数研究DOM来源和腐殖化程度,并通过FI与最大荧光强度(Fmax)的相关性解释DOM种类和特征。结果表明:(1)蘑菇湖上覆水DOM包含4种组分,其中C1和C4为富里酸物质,C2为类蛋白中色氨酸物质,C3为腐殖酸物质;(2)蘑菇湖上覆水DOM以微生物内源代谢产物为主,生物可利用性较高,腐殖化程度较低;(3)各组分Fmax与FI间均呈正相关关系,其中富里酸与FI之间呈显著正相关(r=0.89,P<0.01)。这表明蘑菇湖上覆水DOM主要为含羰基、羟基等活性官能团的相对分子质量小,且腐殖化、芳香性和分子缩合度较低的类富里酸物质。

累积性发射光谱结合多元统计研究蘑菇湖水体DOM的特征

三维荧光光谱技术(3DEEM)因其方便迅速、灵敏度高等一系列优点,广泛应用于表征DOM。在实际应用中,3DEEM步骤较为繁琐,PARAFAC等方法相较于寻峰法虽然更加直观可靠,但是往往需要借助MATLAB等数学软件,因此该研究希望借助一种新的方法能够更加简便迅速地表征DOM。以蘑菇湖水体DOM为例,基于累积性发射光谱(AFEs),结合多元统计及二阶导数等方法,对DOM各类荧光组分及含量进行表征。利用主成分分析(PCA)对AFEs进行因子载荷分析,并确定荧光峰的类型及其含量的差异;通过二阶导数转换,得到二阶导数AFEs;通过对所有采样点二阶导数AFEs各荧光峰进行绝对面积积分,分析DOM中各组分的含量及变化;通过聚类分析,分析不同点位组分的差异性或相似性。研究表明,通过AFEs得到5类荧光峰,分别为类蛋白峰、类富里酸峰、陆源类腐殖酸峰以及腐殖酸峰。基于AFEs及其对荧光强度之和的分析,可以看出蘑菇湖水体中的DOM主要以不稳定、易被降解的、相对分子质量较小的类蛋白及富里酸为主,腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减。基于AFEs得分图,得到5类荧光峰,且荧光峰中类蛋白及类富里酸峰占主导;基于点位得分矩阵,可以说明各点位之间的荧光组分存在差异。二阶导数AFEs被分为5个荧光波段,DOM以相对质量较小的有机质为主,腐殖化程度、芳香度较小,空间差异上不显著。通过对荧光峰面积以及采样点进行聚类分析,荧光峰被分为3类,其中富里酸含量占比较大,且岸边采样点和位于湖心区域的采样点之间存在差异。综上研究显示,AFEs相对简单迅速,能够代替3DEEM对DOM进行表征。蘑菇湖水体DOM是以相对分子质量较小、不稳定、易被降解的类蛋白、类富里酸物质为主,总体上腐殖化程度及相对分子质量具有由滨湖区向深湖区递减的趋势,但空间上差异性较小。